DE3626314C2 - Vorrichtung zum Trennen von Suspensionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen von Suspensionen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 26 03 610 A1 bekannt.

Bei derartigen Trommelzentrifugen zum Trennen von Suspensionen ist es bekannt (DE 26 03 610 A1), eine Ringkammer seitlich am Trommelboden anzuordnen, welche mit einem seitlichen Filtermittel in Verbindung steht. Alter­ nativ hierzu kann die Ringkammer auch mit dem Filter­ mittel des Trommelmantels in Verbindung stehen (US 17 61 593). In jedem Falle wird die seitliche Ringkammer durch ein achsparallel zur Trommelachse schwenkbar gelagertes Schälrohr entleert.

Bei Verwendung einer Ringkammer für Seitenfiltrat (DE 26 03 610 A1) läßt sich zu Beginn der Haupt­ filterung die über dem Filterkuchen befindliche Flüssigkeit relativ rasch entfernen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die für die Entfernung der Restflüssig­ keit erforderliche Mantelfiltration (sog. Trocken­ schleudervorgang) nur relativ langsam erfolgt, wenn das Filtermittel für die Mantelfiltration und die nach dem Austragen des Feststoffes darauf verbliebene Rest­ schicht nicht regeneriert werden. Eine solche Regene­ ration läßt sich bei Verwendung einer Ringkammer für Mantelfiltrat (US 17 61 593) dadurch erzielen, daß in die Ringkammer Rückspülflüssigkeit eingefüllt wird, welche in Gegenrichtung bezüglich des Mantel­ filtrates durch das Filtermittel hindurchfließt. Indes dringt über dem Filterkuchen befindliche Flüssigkeit nur sehr langsam durch den Filterkuchen und die sich darauf ablagernde Sedimentschicht zum Filtermittel hindurch, wodurch die Filtrationsdauer entsprechend groß ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Trennvorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß sowohl eine kurze Filtrations­ dauer als auch eine kurze Trockenschleuderzeit er­ möglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die zwei getrennten seitlichen Ringkammern vereinigen die Möglichkeit der Rückspülung beider Filtermittel mit der Möglichkeit des Abzugs von Seitenfiltrat während der Hauptfiltration. Für das Trockenschleudern kann ein Syphon­ effekt dadurch erzeugt werden, daß der Flüssigkeits­ spiegel in der Ringkammer für Mantelfiltrat soweit ab­ gesenkt wird, daß eine zusätzliche Druckdifferenz zur Beschleunigung der Filtration wirksam wird. Die größte Wirkung läßt sich dann erzielen, wenn der Sammelraum für das Mantelfiltrat zwischen Trommelmantel und Filter­ mittel an einen Raum geringeren Druckniveaus (z.B. Atmosphärendruck) angeschlossen und das allseits abge­ dichtete Zentrifugengehäuse mit einem gasförmigen Druck­ medium von z.B. 2 bis 4 bar Überdruck beaufschlagt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch die untere Hälfte eines ersten Ausführungsbeispiels einer Zentrifugentrommel;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein weiteres Aus­ führungsbeispiel einer Zentrifugentrommel, wobei zur Ver­ einfachung die zweite Ringkammer für das Mantelfiltrat weggelassen ist;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 ein Detail der Ringkammer für das Seitenfiltrat, das in Fig. 2 mit einem strichpunktierten Kreis IV markiert ist;

Fig. 5 und 7 Detailschnitte durch Ausführungsformen für Filtermittel für das Seitenfiltrat, und

Fig. 6 und 8 Draufsichten auf die Filtermittel gemäß Fig. 5 bzw. 7.

Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Zentrifugentrommel ist mit ihrer Welle 11 um eine horizontale Rotationsachse 12 drehbar gelagert. Am Trommelmantel 13 sowie am Trommel­ boden 14 sind Filtermittel 15 bzw. 17 so angebracht, daß zwischen Trommelboden 14 und Filtermittel 17 ein Sammelraum 16 sowie zwischen Trommelmantel 13 und Filtermittel 15 ein Sammelraum 18 vorhanden ist.

An der dem Trommelboden 14 gegenüberliegenden Stirn­ seite weist die Zentrifugentrommel 10 eine Befüllungsöffnung 28 auf, welche zur Zufuhr von Suspension vor dem Beginn der Filtration sowie zum Austragen der von den Filtermitteln 15, 17 zurückgehaltenen Feststoffe nach erfolgter Filtration dient. In Fig. 1 ist der Zustand bei Beginn der Filtration dargestellt: Die aus Filtrat­ flüssigkeit 20 und Feststoffen 21 bestehende Suspension wird fast bis zur Höhe B (Fig. 2) des Bordringes 19 zwischen Trommelmantel 13 und Öffnung 28 einge­ füllt, wobei die Zentrifugentrommel 10 mit hoher Dreh­ zahl um die Achse 12 rotiert. Bei der dann ein­ setzenden Hauptfiltration fließt die Filtratflüssig­ keit 20 im wesentlichen durch das seitliche Filter­ mittel 17 in den dahinter befindlichen Sammelraum 16. Ein weiterer Teil der Filtratflüssigkeit 20 tritt durch die als Filterkuchen bezeichnete Schicht aus Feststoffen 21 hindurch und fließt durch das mantelseitige Filtermittel 15 in den darunter befind­ lichen Sammelraum 18. Da sich auf dem Filterkuchen sehr rasch feinkörniges Sediment aus der darüber be­ findlichen Filtratflüssigkeit 20 abscheiden kann, wird der Weg der Filtratflüssigkeit 20 durch den Filterkuchen hindurch u.U. zusätzlich erschwert.

Aus Vorstehendem erkennt man, daß praktisch nur der mit Filtratflüssigkeit 20 in Berührung stehende Teil des seitlichen Filtermittels 17 bei dem Hauptschleuder­ vorgang wirksam ist. Andererseits besteht die Gefahr, daß die noch mit Sediment behaftete Filtratflüssigkeit 20 bereits während der Befüllung der Trommel 10 durch die seitlichen Filtermittel 17 hindurchläuft, so daß sich sedimentiertes Seitenfiltrat in dem Sammelraum 16 befinden würde. Aus diesem Grund hat man bisher davon abgesehen, die seitlichen Filtermittel 17 außerhalb des Filterkuchens zu positionieren. Eine solche, in Fig. 1 vorgesehene Positionierung der seitlichen Filtermittel 17 wird dadurch ermöglicht, daß der Sammelraum 16 in noch näher zu erläuternder Weise während der Be­ füllung der Trommel 10 mit Suspension absperrbar ist. Damit läßt sich die radial äußere Kante des seitlichen Filtermittels 17 in einem radialen Abstand zum mantel­ seitigen Filtermittel 15 positionieren. Dieser in Fig. 2 mit "H" bezeichnete radiale Abstand liegt im Bereich von etwa 20% bis etwa 60% der Höhe B des Bordrandes 19.

Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich ist, befinden sich seitlich neben dem Trommelboden 14 eine Ringkammer 22 für Seitenfiltrat und eine Ringkammer 24 für Mantel­ filtrat. In Fig. 2 ist die Ringkammer 24 zur Verein­ fachung weggelassen. Die Ringkammer 22 ist dabei näher am Trommelboden 14 angeordnet als die Ringkammer 24, derart, daß sich der Boden der Ringkammer 22 radial innerhalb des Bodens der Ringkammer 24 befindet. Unter "radial" wird vorliegend stets der Bezug zur Rotations­ achse 12 der Trommel 10 verstanden.

Im Bereich ihres Bodens ist die Ringkammer 22 über eine Bohrung 23 in dem Trommelboden 14 mit dem Sammel­ raum 16 verbunden. Wie Fig. 4 zeigt, ist innerhalb der Bohrung 23 ein aus Ventilkugel 29 und Ventilsitz 30 bestehendes Ventil zum Absperren des Sammelraums 16 während der Befüllung der Trommel 10 mit Suspension angeordnet. Das Ventil ist hydrostatisch in der Weise steuerbar, daß in die Ringkammer 22 Flüssigkeit eingefüllt wird, wobei der Spiegel dieser Sperr­ flüssigkeit über der radial inneren Kante des seit­ lichen Filtermittels 17 liegt, so daß der hydrostatische Druck der Sperrflüssigkeit gegen das Filtermittel 17 größer ist als der hydrostatische Druck der Suspension. Wie aus Fig. 4 ferner ersichtlich ist, sind zwischen Ringkammer 22 und Sammelraum 16 weitere Bohrungen 34 vorhanden, durch welche die oberste, praktisch sedimentfreie Schicht der Filtratflüssigkeit 20 (Fig. 1) über das Filtermittel 17 in die Ringkammer 22 fließen kann. Wesentlich ist, daß diese zusätzlichen Bohrungen 34, wie in Fig. 4 gezeigt, an radial weniger tiefen Stellen in die Ringkammer 22 einmünden als die mit dem Ventil versehene Bohrung 23, welche an der radial tiefsten Stelle der Ringkammer 22 mündet.

Zum Entleeren der Ringkammer 22 dient ein Schälrohr 26, welches achsparallel zur Rotationsachse 12 der Trommel 10 schwenkbar gelagert ist und mit seinem vorderen Mund­ stück 26a in die Ringkammer 22 eingeschwenkt oder aus der Ringkammer 22 herausgeschwenkt werden kann. Über das Schälrohr 26 läßt sich auch Flüssigkeit in die Ringkammer 22 eintragen; besser ist es jedoch, wenn hierfür ein gesondertes Rohr 25 (Fig. 2) vorgesehen wird, welches achsparallel zur Rotationsachse 12 ge­ führt ist und mit seinem abgekröpften Ausgußende in die Ringkammer 22 hineinragt. Über das Rohr 25 läßt sich außer der schon erwähnten Sperrflüssigkeit auch Spül­ flüssigkeit in die Ringkammer 22 und von dort durch die geöffnete Bohrung 23 gegen das Filtermittel 17 einbringen, um nach Abschluß des Filtrationsvorganges, wenn der Filterkuchen von den Filtermitteln 15, 17 ent­ fernt ist, das Filtermittel 17 rückzuspülen.

Die Ringkammer 24 für das Mantelfiltrat ist über eine Bohrung 25a im Trommelmantel 13 oder, wie durch den gestrichelten Verlauf angedeutet ist, durch eine Bohrung 25b im Trommelboden 14 mit dem Sammelraum 18 hinter dem mantelseitigen Filtermittel 15 verbunden. Die Bohrung 25b verläuft im wesentlichen parallel zum Trommelmantel 13 und mündet im gezeigten Beispiel an einer radial relativ hohen Stelle in die Ringkammer 24, da die Ringkammer 24 wegen der alter­ nativ vorgesehenen Bohrung 25a ihre radial tiefste Stelle unterhalb des Trommelmantels 13 hat. Eine derart tiefliegende Positionierung der Ringkammer 24 ist im Falle der Bohrung 25b nicht erforderlich; viel­ mehr kann in diesem Fall die Ringkammer 24 so positioniert werden, daß die Bohrung 25b am Boden der Ringkammer 24 mündet.

Durch die in Fig. 1 gezeigte Positionierung der Ring­ kammer 24 wird ein Syphon gebildet,wobei die Bohrung 25a im Trommelmantel 13 unter einem Winkel von 30° bis 60° zur Rotationsachse 12 verläuft und am tief­ liegenden Boden der Ringkammer 24 mündet. Um einen Syphoneffekt zu erzielen, muß in der Ringkammer 24 ein Flüssigkeitsspiegel in der gezeigten Weise vorhanden sein, welcher die Mündung der schräg verlaufenden Bohrung 25a gerade noch vollständig bedeckt hält. Die radiale Differenz zwischen diesem Flüssigkeitsspiegel und der Oberfläche des mantelseitigen Filtermittels 15 wirkt als zusätzliche Druckdifferenz zur Beschleu­ nigung der Filtration beim Trockenschleudern. Das Trockenschleudern beginnt, sobald der Spiegel der Filtratflüssigkeit 20 in den Filterkuchen (Schicht von Feststoffen 21) eingetreten ist, was dann der Fall ist, wenn die Filtratflüssigkeit 20 als Seiten­ filtrat über das Filtermittel 17 und als Mantelfiltrat (in wesentlich geringerem Umfang als das Seitenfiltrat) über das Filtermittel 15 abgetrennt worden ist. Die beim Trockenschleudern abfließende Filtratflüssigkeit gelangt im wesentlichen als Mantelfiltrat in die Ring­ kammer 24. Zum Entleeren der Ringkammer 24 und zur Steuerung des für den Syphoneffekt wesentlichen Flüssig­ keitsspiegels in der Ringkammer 24 ist achsparallel zur Rotationsachse 12 ein weiteren Schälrohr 27 schwenkbar gelagert, welches mit seinem Mündstück 27a in die Ringkammer 24 hineingeschwenkt oder aus der Ring­ kammer 24 herausgeschwenkt werden kann. In gleicher Weise wie für die Ringkammer 22 kann über das Schälrohr 27 eine Spülflüssigkeit in die Ringkammer 24 nach Ab­ schluß der Filtration eingebracht werden, um das mantel­ seitige Filtermittel 15 rückzuspülen.

Die in Fig. 1 dargestellte bauliche Vereinigung zweier Ringkammern 22, 24 gestattet somit eine Filtration mit minimalen Zeiten für die Haupt­ filtration (Abzug der Flüssigkeit 20) und den Trocken­ schleudervorgang. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich gegenüber Zentrifugentrommeln nach dem Stand der Technik die Hauptfiltrationsdauer von etwa 7 500 s auf 250 s ver­ kürzen läßt, wenn der Filterkuchen einen großen Widerstand hat.

Die für die Seitenfiltration vorgesehenen Filtermittel 17 sind, wie die Fig. 3 bis 6 zeigen, als Ronden ausgebildet, welche im Falle von Fig. 3 in gleichmäßiger Verteilung kreisförmig auf dem Trommel­ boden 14 angeordnet sind. Jede Ronde besteht, wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, aus einem Trag­ rahmen 31, welcher radförmig mit einer zentralen Nabe 31a ausgebildet ist. Durch die Nabe 31a ist eine Befestigungsschraube 33 hindurchgeführt, welche in eine Gewinde­ bohrung 14a des Trommelbodens 14 eingeschraubt ist. Der Tragrahmen 31 ist über einen eingelegten Dicht­ ring 35 an seinem Umfangsbereich gegen den Trommel­ boden 14 abgedichtet. Die Rahmenkonstruktion des Tragrahmens 31 läßt vier Segmentfenster entstehen, in welchen das Filtermittel 17 entsprechend segment­ förmig angesetzt ist. Dabei ist zwischen jedem Filter­ segment und der Oberfläche des Trommelbodens 14 ein gewelltes Stützgitter 32 angebracht, wodurch die Auf­ blähung des Filtermittels 17 beim Rückspülen in Grenzen gehalten wird und gleichzeitig ein ungehinderter Ab­ fluß des Seitenfiltrats in die Ringkammer 22 gewähr­ leistet wird.

Eine weitere Ausbildung des Filtermittels 17 ist in den Fig. 7 und 8 veranschaulicht. Auch hier ist ein aus gieß- oder spritzbarem Kunststoff gefertigter Tragrahmen 31 vorgesehen, welcher segmentartige Ausspa­ rungen unterschiedlicher Form aufweist, in denen in gleicher Weise wie bei den Ronden gemäß Fig. 5 und 6 die Filtermittel 17 eingesetzt sind, die sich wiederum auf Stützgittern 32 abstützen. Zur Befestigung der auf einer Ringzone aneinandergrenzend angeordneten Tragrahmen 31 ist in dem Trommelboden 14 eine Ring­ nut 14b ausgebildet, in welche die Tragrahmen 31 bündig zur Oberfläche des Trommelbodens 14 eingesetzt sind. Ferner sind Befestigungsschrauben 33 vorgesehen, welche jeden Tragrahmen 31 an zwei verbreiterten Stellen durchsetzen und in zugeordnete Bohrungen des Trommel­ bodens 14 eingeschraubt sind. Die Abdichtung der Tragrahmen 31 erfolgt durch Dichtwülste 35a, welche zwischen den Stirnflächen des Tragrahmens 31 und den Flanken der Nut 14b eingelegt sind. Auf solche Dichtwülste kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn die Tragrahmen 31 aus einem Material hoher Elastizität hergestellt sind.

Für die Bemessung der Filtermittel 17 in den Segmenten des Tragrahmens 31 gilt die Faustregel, daß die Gesamtfläche der Filtermittel 17 relativ zur Gesamt­ fläche des Trommelmantels 13 im Bereich zwischen etwa 1 : 20 und etwa 1:60 liegt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Trennen von Suspensionen, mit einer Zentrifugentrommel, welche an ihrer Mantel­ fläche und zumindest einem Bereich ihrer Seiten­ fläche mit Filtermitteln versehen ist, durch welche ein Mantelfiltrat bzw. ein Seitenfiltrat hindurchfließen kann, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mantelfiltrat und das Seitenfiltrat aus getrennten seitlichen Ringkammern (22, 24) der Zentrifugentrommel (10) abführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abführen des Mantel- bzw. Seitenfiltrates achsparallel zur Zentrifugentrommel (10) schwenkbar gelagerte Schälrohre (26, 27) vorgesehen sind, welche in die jeweils zugeordnete seitliche Ringkammer (22 bzw. 24) mit einem vorderen Mündstück (26a, 27a) einschwenkbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die seitlichen Ringkammern (22, 24) am Trommelboden (14) der Zentrifugentrommel (10) ange­ ordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (22) für das Seitenfiltrat näher am Trommelboden (14) angeordnet ist als die Ringkammer (24) für das Mantelfiltrat, wobei sich der Boden der Ringkammer (22) für das Seitenfiltrat radial innerhalb des Bodens der Ringkammer (24) für das Mantelfiltrat befindet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (24) für das Mantelfiltrat mit einem zwischen Trommel­ mantel (13) und zugeordnetem Filtermittel (15) vor­ handenen Sammelraum (18) durch mindestens eine Bohrung (25a bzw. 25b) verbunden ist, welche ent­ weder im wesentlichen parallel zum Trommelmantel (13) oder in einem Winkel hierzu unter Erzeugung eines Syphoneffektes verläuft.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Ringkammer (22) der beiden Ringkammern (22, 24) eine Spülflüssigkeit zur Rückspülung des mit der betreffenden Ringkammer (22) in Verbindung stehenden Filtermittels (17) einbringbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung (23) zwischen der Ringkammer (22) für das Seitenfiltrat und einem zwischen Trommelboden (14) und seitlichem Filtermittel (17) angeordneten weiteren Sammelraum (16) ein unter hydrostatischem Druck verschließbares Ventil (Ventilkugel 29, Ventilsitz 30) angeordnet ist, wobei die betreffende Bohrung (23) in den radial tiefsten Bereich der Ringkammer (22) mündet (Fig. 4).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Filtermittel (17) für die Seitenfiltration und dem Filtermittel (15) für die Mantelfiltration ein radialer Abstand (H) vorhanden ist, welcher im Bereich zwischen etwa 20 v.H. und etwa 60 v.H. der Höhe (B) eines zwischen Trommelmantel (13) und seitlicher Befüllungsöffnung (28) befindlichen Bordrings (19) liegt (Fig. 2).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Filtermittel (17) für die Seitenfiltration relativ zur Gesamtfläche des Trommelmantels (13) im Bereich zwischen etwa 1:20 und 1:60 liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermittel (17) für die Seitenfiltration in einem Tragrahmen (31) unter Ausbildung mehrerer Filtersegmente gehaltert sind (Fig. 5 bis 8).